典型工程陶瓷材料的断裂形式及断裂韧性研究

摘要

典型的工程陶瓷材料不仅具有高强度和硬度，还具有优良的耐热性，热膨胀性与低的热传导性以及很高的抗氧能力，耐磨性，已广泛应用于发动机、化工设备、切削刀具的刀片材料以及航空、航天领域。然而裂纹在是工程陶瓷材料在应用的过程中必须考虑的基本问题。本文在研究几种典型工程陶瓷材料断口形貌和断裂机制的基础上，分析了陶瓷材料的増韧机制，采用压痕法测试并计算陶瓷材料的断裂韧性，提出判断裂纹偏转増韧效果的定量计算方法。
　　近年来国内外对陶瓷断裂形式研究表明，提高陶瓷材料的断裂韧性，提高抗蠕变性和抗疲劳坏性能，能使陶瓷材料得到更广泛的应用。
　　对热压烧结的Al2O3陶瓷、ZrO2陶瓷、Al2O3/ZrO2复相陶瓷、Al2O3/ZrO2功能梯度陶瓷、Si3N4基复相陶瓷的常温断口形貌和断裂机制进行分析，研究各种工程陶瓷材料断口形貌的典型特征。
　　对 Al2O3/ZrO2复相陶瓷以及 Si3N4/Si2N2O复相陶瓷在高温拉深成形过程中制品破裂产生的高温断口进行分析，分析高温断裂机制，在此基础上对纳米陶瓷的超塑性变形机制进行分析探讨。
　　采用Marc软件建立陶瓷材料断裂过程中裂纹扩展的有限元模型，分析柱状晶粒子桥联、拔出、偏转和梯度复合对裂纹扩展的影响。分析柱状晶粒子的侨联、拔出、偏转和梯度复合对陶瓷断裂的影响。
　　通过压痕法测量 Si3N4/Si2N2O和 Al2O3/ZrO2复相陶瓷的断裂韧性，并在原有的巴氏裂纹公式的基础上，提出了判断裂纹偏转増韧效果的定量计算公式，定量计算和分析了裂纹偏转在断裂过程中起到的増韧效果。

目录

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2典型工程陶瓷材料及其用途

1.3 陶瓷材料的断裂机制及断裂形式

1.4陶瓷材料断裂有限元模拟研究进展

1.5压痕法测试陶瓷材料断裂韧性的研究进展

1.6选题意义及课题主要研究内容

第2章 热压烧结工程陶瓷材料的常温断裂形式

2.1 引言

2.2 材料制备工艺

2.3 氧化物陶瓷的断裂形式

2.4 Al2O3-ZrO2/3Y-TZP功能梯度陶瓷的断裂形式

2.5 Si3N4基复相陶瓷的断裂形式

2.6 本章小结

第3章 陶瓷材料的高温断裂形式及其断裂机制

3.1 引言

3.2 高温断口的实验方法

3.3 Al2O3/ZrO2复相陶瓷的高温拉深断裂

3.4 Si3N4/Si2N2O复相陶瓷的高温拉深断裂

3.5 超塑性变形机制

3.6 本章小结

第4章 工程陶瓷材料断裂过程的有限元模拟

4.1 引言

4.2 裂纹力学和微观力学

4.3 裂纹扩展尖端应力场有限元模拟

4.4 含增强相陶瓷裂纹扩展尖端应力场有限元模拟

4.5梯度陶瓷裂纹扩展尖端应力场有限元模拟

4.6 本章小结

第5章 压痕法测试陶瓷材料的断裂韧性

5.1 引言

5.2 压痕法测量断裂韧性

5.3 实验设备及方法

5.4 Si3N4/Si2N2O复相陶瓷的断裂

5.5 细晶β-Si3N4陶瓷的断裂

5.6 Al2O3/ZrO2复相陶瓷的断裂韧性

5.7 本章小结

结论

参考文献

致谢